T環(huán)境工程原理課件圖文解析62

第四章吸收

學(xué)習(xí)目標(biāo)了解吸收的分類、典型的工業(yè)吸收過程、各種不同類型的吸收設(shè)備及吸收在環(huán)境工程中的應(yīng)用。理解吸收操作的基本概念、吸收傳質(zhì)機(jī)理。掌握吸收的相關(guān)計算，能運(yùn)用工程觀念分析解決吸收操作中的實(shí)際問題。第一節(jié)概述利用氣體混合物中各種組分在同一液體（溶劑）中溶解度差異、分離混合物的操作稱為氣體吸收。一、工業(yè)吸收過程

吸收流程包括吸收和解吸兩大部分。吸收操作要點(diǎn)：①選擇合適的溶劑。②提供適當(dāng)?shù)膫髻|(zhì)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)氣液兩相的接觸。③溶劑再生以便循環(huán)使用。吸收與解吸流程

二、吸收的分類1．物理吸收與化學(xué)吸收2．單組分吸收與多組分吸收3．等溫吸收與非等溫吸收4．低組成吸收與高組成吸收工業(yè)生產(chǎn)中的吸收過程以低組成吸收為主三、吸收在環(huán)境治理中的應(yīng)用吸收被廣泛地應(yīng)用于氣態(tài)污染物的凈化用吸收法凈化的氣態(tài)污染物：⑴含氮氧化物廢氣⑵含硫氧化物廢氣⑶含碳?xì)浠衔飶U氣⑷含硫氫化合物廢氣四、吸收設(shè)備的主要類型

氣體吸收設(shè)備主要為板式塔與填料塔兩大類。兩種主要吸收設(shè)備五、吸收操作的經(jīng)濟(jì)性吸收的操作費(fèi)用主要包括。①氣、液兩相流經(jīng)吸收設(shè)備的能量消耗；②溶劑的揮發(fā)損失和變質(zhì)損失；③溶劑的再生費(fèi)用，即解吸操作費(fèi)。這三項(xiàng)以再生費(fèi)用所占比例最大。

常用的解吸方式有升溫、減壓、吹氣。第二節(jié)吸收凈化的基本原理

一、吸收過程的氣液相平衡1.物理吸收的氣液相平衡

在一定的溫度和壓力下，氣、液兩相發(fā)生接觸后，吸收質(zhì)便由氣相向液相轉(zhuǎn)移，隨著液體中吸收質(zhì)濃度的逐漸增高，吸收速率逐漸減小，解吸速率逐漸增大。經(jīng)過相當(dāng)長的時間接觸后，吸收速率與解吸速率相等，氣液兩相達(dá)到平衡。

平衡分壓：平衡狀態(tài)下，被吸收氣體在溶液上方的分壓。溶解度：平衡狀態(tài)下，可溶氣體在溶液中的濃度。

幾種常見氣體在水中的溶解度討論：①不同性性質(zhì)的氣氣體在同同一溫度度和分壓壓條件下下，溶解解度各不相同；②氣體的的溶解度度與溫度度有關(guān)，，一般說說來，隨隨著溫度度升高，，溶解度下下降；③溫度一一定時，，溶解度度隨溶質(zhì)質(zhì)分壓升升高而增增大，在在吸收系統(tǒng)中，，增大氣氣相總壓壓，組分分的分壓壓會升高高，溶解解度也隨隨之加大。結(jié)論：溶解度與與氣體和和液體的的性質(zhì)有有關(guān)，而而且與吸吸收體系系的溫度、總壓壓和氣相相組成有有關(guān)。⑴以p及x表示的平平衡關(guān)系系⑵以y及x表示的的平衡衡關(guān)系系⑶以pe及c表示平平衡關(guān)關(guān)系⑷以Y及X表示的的平衡衡關(guān)系系2.化學(xué)吸吸收的的氣液液相平平衡化學(xué)平平衡關(guān)關(guān)系可可以寫寫成Ｋ＝［Ａ］＝∴∵二、相相平衡衡與吸吸收過過程的的關(guān)系系1．判別別過程程的方方向判別過過程進(jìn)進(jìn)行的的方向向2.指明過過程的的極限限x1max=x1e=y1∕m吸收過過程極極限3.計算過過程的的推動動力吸收推推動力力三、吸吸收傳傳質(zhì)機(jī)機(jī)理吸收過過程兩兩相間間物質(zhì)質(zhì)傳遞遞的三三個步步驟：：①溶質(zhì)由由氣相相主體體傳遞遞到兩兩相界界面，，即氣氣相內(nèi)內(nèi)物質(zhì)質(zhì)傳遞遞。②溶質(zhì)在在界面面上溶溶解，，由氣氣相轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入液液相，，即界界面上上發(fā)生生溶解過過程；；③溶質(zhì)自自界面面被傳傳遞到到液相相主體體，即即液相相內(nèi)物物質(zhì)傳傳遞。?？傔^程程速率率分別別由氣氣相和和液相相內(nèi)的的傳質(zhì)質(zhì)速率率所決決定。。1.分子擴(kuò)擴(kuò)散與與對流流擴(kuò)散散⑴分子擴(kuò)擴(kuò)散由分子子無規(guī)規(guī)則熱熱運(yùn)動動而引引起的的物質(zhì)質(zhì)傳遞遞現(xiàn)象象稱為為分子子擴(kuò)散。分分子擴(kuò)擴(kuò)散速速率主主要取取決于于擴(kuò)散散物質(zhì)質(zhì)和流流體的的某些些物理理性質(zhì)。分子擴(kuò)擴(kuò)散速速率與與流體體在什什么介介質(zhì)中中擴(kuò)散散有關(guān)關(guān)，在在不同同介質(zhì)中擴(kuò)擴(kuò)散系系數(shù)不不同；；與擴(kuò)擴(kuò)散的的濃度度梯度度、擴(kuò)擴(kuò)散系系數(shù)成成正比比。擴(kuò)散物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)Dcm2/s擴(kuò)散物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)Dcm2/sH20.611H2O0.220N20.132C6H60.077O20.178C7H80.076CO20.138CH3OH0.132HCL0.130C2H5OH0.102SO20.103CS20.089SO30.095C2H5OC2H50.078NH30.17一些物物質(zhì)在在空氣氣中的的擴(kuò)散散系數(shù)數(shù)（０℃、１００１.３３kPa）一些物物質(zhì)在在水中中的擴(kuò)擴(kuò)散系系數(shù)（（２００℃稀)擴(kuò)散物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)D’*109m2/s擴(kuò)散物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)D’*109m2/sO21.80C2H21.56CO21.50CH2COOH0.88NO21.51C2H5OH1.28NH31.76C3H7OH1.00Cl21.22C4H9OH0.87Br21.2C6H5OH0.77H25.13甘油0.84N21.64尿素0.73HCl2.64葡萄糖1.06H2S1.41蔗糖0.60H2SO41.73HNO32.6NaCl1.35NaOH1.51⑵對流擴(kuò)擴(kuò)散渦流擴(kuò)擴(kuò)散---在湍流流主體體中，，憑借借流體體質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)的湍湍動與與旋渦而引引起的的物質(zhì)質(zhì)傳遞遞現(xiàn)象象。對流擴(kuò)散散---湍流主主體與與相界界面的的分子子擴(kuò)散散與渦渦流擴(kuò)擴(kuò)散兩種傳傳質(zhì)作作用的的總和和。對流擴(kuò)擴(kuò)散特點(diǎn):①擴(kuò)散物物質(zhì)主主要借借助主主流流流體的的攜帶帶作用用而轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移。。②對流擴(kuò)擴(kuò)散速速率比比分子子擴(kuò)散散速率率大的的多，，對流流擴(kuò)散散速率率主要取取決于于流體體的湍湍流程程度。。2.吸收傳傳質(zhì)理理論雙膜理理論示示意圖圖雙膜理理論的的基本本論點(diǎn)點(diǎn)：①氣液兩兩流體體間存存在著著穩(wěn)定定的相相界面面，界界面兩兩側(cè)各各有一一有效滯滯流膜膜層，，分別別稱為為氣膜膜、液液膜，，吸收收質(zhì)以以分子子擴(kuò)散散的方式通通過此此二膜膜層。。②在相界界面處處，氣氣，液液兩相相達(dá)到到平衡衡。③在膜層層以外外的氣氣，液液兩相相中心心區(qū)，，流體體充分分湍流流，吸吸收質(zhì)濃濃度是是均勻勻，全全部濃濃度變變化集集中在在兩相相有效效膜內(nèi)內(nèi)。相際傳傳質(zhì)過過程為為經(jīng)由由氣、、液兩兩膜的的分子子擴(kuò)散散過程程。溶質(zhì)滲滲透理理論：液體在在下流流過程程中每每隔一一定時時間to發(fā)生一一次完完全的的混合合，使液體體的濃濃度均均勻化化。溶質(zhì)在在液相相中的的濃度度分布布第三節(jié)節(jié)吸收傳傳質(zhì)速速率方方程吸收速速率＝一、氣氣膜和和液膜膜吸收收速率率方程程1.氣膜吸吸收速速率方方程式式2.液膜吸吸收速速率方方程二、總總吸收收速率率方程程及對對應(yīng)的的總吸吸收系系數(shù)1.以表表示總總推動動力的的吸收收速率率方程程式2．以Ｙ－ＹＹe表示總總推動動力的的吸收收速率率方程程3．以表示總總推動動力的的吸收收速率率方程程4．以表示總總推動動力的的總吸吸收速速率方方程吸收控控制因因素實(shí)實(shí)例氣膜控制液膜控制雙膜控制水吸收氨NH水或弱堿吸收CO2水吸收SO2水吸收HCLSO2水吸收CL2水吸收丙酮液堿或氨水吸收SO2水吸收O2濃硫酸吸收NO2濃硫酸吸收SO2水吸收H2弱堿吸收H2S吸收速速率方方程式式一覽覽表吸收系系數(shù)的的表達(dá)達(dá)式及及吸收收系數(shù)數(shù)的換換算提高吸吸收效效果的的方法法：①提高高氣、、液兩兩相相相對運(yùn)運(yùn)動速速度，，降低低氣膜膜、液液膜的的厚度度以減減小阻阻力。。②選用用對吸吸收劑劑溶解解度大大的溶溶液作作吸收收劑。。③適當(dāng)當(dāng)提高高供液液量，，降低低液相相主體體中溶溶質(zhì)濃濃度以以增大大吸收收推動動力。。④增大氣氣液相相接觸觸面積積。5．化化學(xué)吸吸收速速率方方程化學(xué)吸吸收步步驟：①氣相反反應(yīng)物物Ａ由由氣相相主體體通過過氣膜膜向相相界面面擴(kuò)散散；②反應(yīng)物物Ａ由由相界界面向向液相相擴(kuò)散散；③反應(yīng)物物Ａ在在液膜膜內(nèi)或或液相相主體體與反反應(yīng)物物Ｂ反反應(yīng)，，形成成反應(yīng)區(qū)區(qū)；④反應(yīng)產(chǎn)產(chǎn)物ＲＲ若為為液相相產(chǎn)物物，向向液相相主體體擴(kuò)散散，若若為氣氣體產(chǎn)物物則向向界面面擴(kuò)散散；⑤氣態(tài)產(chǎn)產(chǎn)物由由界面面向氣氣相主主體擴(kuò)擴(kuò)散。?；瘜W(xué)吸吸收速速率方方程：第四節(jié)節(jié)吸吸收計計算填料塔塔的工工藝計計算：①確定吸吸收劑劑（溶溶劑））的用用量；；②計算塔塔的主主要工工藝尺尺寸，，包括括塔徑徑和塔塔的有有效高高度。計算的的基本本依據(jù)據(jù)：物料衡衡算，，氣、、液平平衡關(guān)關(guān)系及及速率率關(guān)系系。假設(shè)條條件：①吸收為為低濃濃度等等溫物物理吸吸收，，總吸吸收系系數(shù)為為常數(shù)數(shù)。②惰性氣氣體和和吸收收劑在在整個個吸收收塔中中均為為常量量。③吸收塔塔中氣氣、液液兩相相逆流流流動動。逆流吸吸收塔塔物料料衡算算逆流操操作吸吸收塔塔中操操作線線一、吸吸收收塔的的物料料衡算算與操操作線線方程程1．全塔塔物料料衡算算Y2＝Y(jié)1(1一φA)2．吸收收塔的的操作作線方方程式式與操操作線線VY+LX1=VY1+LXY=X+(Y1-X1)或二、溶劑用用量的決定定吸收塔最小小氣液比最小液氣比比：一般情況下下取溶劑用用量為最小小用量的1.1～2.0倍Lmin=V=(1.1～2.0)()minL=(1.1～2.0)Lmin三、塔徑的的計算吸收塔直徑徑：⑴泛點(diǎn)氣速法法對于散裝填填料：u／uF=0．5～0．85對于規(guī)整填填料：u／uF=0．6～0．95⑵氣相動能因因子(F因子)法氣相負(fù)荷因因子(Cs因子法)D=F=uＣＳ＝uCS=0.8CS,max四、吸收塔塔高的計算算1.填料層高度度的基本計計算式對微元層內(nèi)內(nèi)組分Ａ（（溶質(zhì)）物物料衡算可得：對于穩(wěn)定操操作的吸收收塔，低組組成氣體吸收填填料層高度度的基本式式為：Ｚ＝＝微元填料層層的物料衡衡算Ｚ＝Ｚ＝2.傳質(zhì)單元數(shù)數(shù)與傳質(zhì)單單元高度令:則:傳質(zhì)單元數(shù)數(shù)NＯＧ---反映吸收過過程進(jìn)行的的難易。傳質(zhì)單元高高度HＯＧ----反映吸收設(shè)備效效能的高低低。ＮＯＧ＝ＨＯＧ＝＝傳質(zhì)單元高高度與傳質(zhì)質(zhì)單元數(shù)3.傳質(zhì)單元數(shù)數(shù)的求法⑴脫吸因子法法ＮＯＧ＝關(guān)聯(lián)圖⑵對數(shù)平均推推動力法△Ym和△Xm分別表示塔塔頂和塔底底的氣相推推動力的對對數(shù)平均值和液液相推動力力的的對數(shù)數(shù)平均值。。△Ｙm=△Xm=五、吸收塔塔的操作與與調(diào)節(jié)吸收塔可調(diào)調(diào)節(jié)的因素素:流量L、溫度T、含量X2增大溶劑用用量,平均推動力力加大;降低溶劑溫溫度,平均推動力力增大;降低溶劑入入口含量,全塔平均推推動力隨之之增大。吸收塔的操操作調(diào)節(jié)第五節(jié)解吸使溶解于液液相中的氣氣體釋放出出來的操作作稱為解吸吸。一、解吸方方法（1）氣提解吸吸①惰性氣體氣氣提---以空氣、氮氮?dú)狻⒍跹趸甲鬏d載氣;②汽提---以水蒸氣作作載氣，同同時兼作加加熱熱源;③提餾---以溶劑蒸氣氣作為載氣氣。（2）減壓解吸吸（3）加熱解吸吸（4）加熱-減壓解吸二、氣提解解吸的計算算⑴最小氣液比比和載氣流流量的確定定Ｙ＝(X-X２